發(fā)布時(shí)間：2020-04-07 16:07

【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步,人們對居住環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高,如何營造一個(gè)健康、舒適的室內(nèi)熱環(huán)境近年來一直是建筑領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),研究人體在熱環(huán)境中的熱反應(yīng)機(jī)理是上述問題的基礎(chǔ)。人體的熱反應(yīng)包括人體在熱環(huán)境中的生理反應(yīng)和熱感覺,根據(jù)人體的狀態(tài)不同又分為穩(wěn)態(tài)條件下和非穩(wěn)態(tài)條件下的熱反應(yīng)。通過對已有研究分析發(fā)現(xiàn),目前國內(nèi)外對人體熱反應(yīng)的研究,尤其是非穩(wěn)態(tài)條件下熱反應(yīng)的研究尚不成熟�；谏鲜霰尘�,本文對均勻熱環(huán)境人體在偏熱條件下的熱反應(yīng)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。作者所在科研團(tuán)隊(duì)開展了大量穩(wěn)態(tài)條件下的人體實(shí)驗(yàn);在此基礎(chǔ)上,作者又開展了一系列非穩(wěn)態(tài)條件下的人體暴露性實(shí)驗(yàn)。本研究的實(shí)驗(yàn)共包括五個(gè)系列,涉及21個(gè)典型工況,400人次受試者,總暴露時(shí)間760小時(shí)。通過對人體實(shí)驗(yàn)中生理測試、心理問卷調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,獲得了人體在典型偏熱環(huán)境及熱環(huán)境變化過程中生理、心理的響應(yīng)特性。確定了用人體熱反應(yīng)模型,即人體在熱環(huán)境中的生理反應(yīng)模型(Human Thermal Physiological Model,以下簡稱“人體生理模型”)和熱感覺模型(TSm),描述人體在熱環(huán)境中的生理反應(yīng)和熱感覺。本文針對目前人體熱反應(yīng)模型缺乏有效評價(jià)方法的現(xiàn)狀,在對以往方法深入分析的基礎(chǔ)上提出了一套均值預(yù)測模型的評價(jià)方法,用于評價(jià)人體熱反應(yīng)模型的預(yù)測效果。該方法基于統(tǒng)計(jì)推斷、一致性分析和誤差分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)理論,解決了均值模型評價(jià)研究中的兩個(gè)關(guān)鍵問題:“如何驗(yàn)證模型的預(yù)測準(zhǔn)確性?”和“如何比較模型間的預(yù)測準(zhǔn)確性?”。建立了均值模型的評價(jià)體系,并可從統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)兩個(gè)層面對模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。新方法的五個(gè)評價(jià)步驟為:1)提出原假設(shè)和備選假設(shè);2)計(jì)算各總體均值的置信區(qū)間;3)對比模型預(yù)測值與總體均值置信區(qū)間驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性;4)分析模型預(yù)測值與樣本均值的一致性驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性;5)在評定的效果等級基礎(chǔ)上比較模型間的優(yōu)劣。該方法將模型的準(zhǔn)確性水平分為三類:Ⅰ—統(tǒng)計(jì)上準(zhǔn)確;Ⅱ—經(jīng)驗(yàn)上準(zhǔn)確;Ⅲ—不準(zhǔn)確。新方法為均值模型的驗(yàn)證和對比提供了科學(xué)的途徑。根據(jù)傳熱學(xué)理論、生理醫(yī)學(xué),本文提出了人體生理模型的理論架構(gòu);根據(jù)生理實(shí)測數(shù)據(jù)對理論架構(gòu)中的經(jīng)驗(yàn)公式和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,在400人次受試者的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上,建立了一個(gè)使用簡便、準(zhǔn)確性較高且適用于中國人群的人體生理模型(Human Thermal Physiological Model)。該模型揭示了人體在熱環(huán)境中、以及在熱環(huán)境變化過程中的人體生理響應(yīng)機(jī)理,體現(xiàn)了人體的生理調(diào)節(jié)特性。該模型可用于模擬人體在動(dòng)態(tài)熱過程中的瞬態(tài)生理反應(yīng),并對人體的瞬態(tài)體表溫度進(jìn)行預(yù)測。該模型由三部分組成:一、物理抽象模型,是對真實(shí)人體的抽象;二、受控系統(tǒng),用于模擬人體與環(huán)境間的熱量傳遞過程;三、控制系統(tǒng),用于模擬人體體溫調(diào)節(jié)作用。對比已有歐美模型,新模型主要在考慮體表面積、顯汗蒸發(fā)熱損失和性別差異性等方面進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。在人體實(shí)驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出了一個(gè)基于皮膚溫度的人體熱感覺半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?TSm),用于預(yù)測動(dòng)態(tài)熱過程中的人體瞬態(tài)熱感覺。TSm模型揭示了熱感覺的動(dòng)態(tài)特性,即在動(dòng)態(tài)過程中,熱感覺除了與溫度等參數(shù)的絕對值有關(guān),還取決于溫度等參數(shù)的變化。TSm模型由靜態(tài)項(xiàng)和動(dòng)態(tài)項(xiàng)兩部分組成,靜態(tài)項(xiàng)用于描述當(dāng)人體處于穩(wěn)態(tài)條件時(shí)熱感覺與參數(shù)的關(guān)系;動(dòng)態(tài)項(xiàng)則反映了非穩(wěn)態(tài)條件下參數(shù)變化對熱感覺影響的特征。利用本研究中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對TSm模型和PMV模型的預(yù)測效果進(jìn)行了驗(yàn)證和對比,結(jié)果表明:當(dāng)人體處于穩(wěn)態(tài)條件時(shí),TSm模型對熱感覺的預(yù)測是統(tǒng)計(jì)上準(zhǔn)確的,當(dāng)人體處于非穩(wěn)態(tài)條件時(shí),TSm模型對熱感覺的預(yù)測是經(jīng)驗(yàn)上準(zhǔn)確的(預(yù)測偏差范圍小于0.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)刻度);而PMV模型對熱感覺的預(yù)測存在顯著且不可接受的偏差。TSm模型能夠評價(jià)人體在穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)條件下的瞬態(tài)熱感覺,可用于對動(dòng)態(tài)熱過程的評價(jià)。結(jié)合人體生理模型(Human Thermal Physiological Model)與人體熱感覺模型(TSm),利用Matlab軟件編譯形成了一個(gè)人體熱反應(yīng)的模擬軟件。軟件的輸入項(xiàng)有:1)人體基本體征參數(shù),包括性別、年齡、身高、體重、體脂肪率;2)熱暴露過程中的人體與熱環(huán)境的逐時(shí)狀態(tài)參數(shù),包括空氣溫度、黑球溫度、相對濕度、空氣平均流速、人體活動(dòng)水平、服裝總熱阻、服裝水蒸氣滲透系數(shù)、人體移動(dòng)速度;3)初始狀態(tài)條件,包括初始時(shí)刻的人體溫度分布或初始時(shí)刻的人體與熱環(huán)境狀態(tài)參數(shù)值。軟件的輸出項(xiàng)則包括任意時(shí)刻的人體溫度分布和人體熱感覺。因此,在已知人體和熱環(huán)境狀態(tài)的條件下,借助該軟件可模擬動(dòng)態(tài)熱過程中的人體熱反應(yīng)。該軟件操作簡便、實(shí)用,可在教學(xué)、科研或工程應(yīng)用上進(jìn)行推廣。論文提出的均值預(yù)測模型的評價(jià)方法、人體生理模型與人體熱感覺模型對推動(dòng)我國動(dòng)態(tài)熱舒適研究有實(shí)際意義,可為進(jìn)一步完善我國熱舒適評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU831.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2618108